Tổn thương tế bào là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

Tổn thương tế bào là gì?

Tổn thương tế bào (cell injury) là quá trình tế bào trải qua những thay đổi về cấu trúc và chức năng khi chịu tác động của các stress vật lý, hóa học hoặc sinh học vượt quá khả năng thích ứng. Tế bào bị tổn thương có thể hồi phục nếu tác nhân gây hại được loại bỏ kịp thời, hoặc tiến triển đến giai đoạn không hồi phục dẫn đến chết tế bào theo cơ chế apoptosis hoặc necrosis.

Các dấu hiệu ban đầu của tổn thương hồi phục được bao gồm phù nề bào tương do rối loạn vận chuyển ion, thoái hóa mỡ khi lưới nội chất trơn tích trữ giọt lipid, và biến đổi protein khiến tích tụ thể hạt trong bào tương. Khi tổn thương vượt ngưỡng bù trừ, màng tế bào, ty thể và lysosome bị phá hủy, enzyme phân giải rò rỉ ra ngoài, dẫn đến hoại tử không kiểm soát và kích hoạt phản ứng viêm.

Vai trò của tổn thương tế bào trong bệnh lý rất đa dạng, là nền tảng cho các bệnh lý cấp tính như nhồi máu cơ tim, đột quỵ và các bệnh mạn tính như xơ gan, viêm thận mạn. Hiểu rõ cơ chế và dấu hiệu tổn thương sẽ giúp phát triển chiến lược điều trị bảo vệ tế bào, phục hồi chức năng và ngăn ngừa tiến triển sang giai đoạn không hồi phục.

Phân loại tổn thương

Tổn thương tế bào chia thành hai nhóm chính dựa trên khả năng hồi phục: hồi phục được (reversible injury) và không hồi phục được (irreversible injury). Tổn thương hồi phục được thể hiện qua phù nề, thoái hóa mỡ và biến đổi protein; khi tác nhân loại bỏ, tế bào trở về cấu trúc và chức năng ban đầu.

Tổn thương không hồi phục gồm hoại tử đông (coagulative necrosis), hoại tử nhờn (liquefactive necrosis), hoại tử mỡ (fat necrosis) và hoại tử bã (caseous necrosis), mỗi loại có đặc điểm mô học và cơ chế sinh học riêng. Ví dụ, hoại tử đông thường xuất hiện trong nhồi máu thiếu máu cục bộ, cấu trúc mô còn vững nhưng nhân tế bào tiêu biến.

Nguyên nhân gây tổn thương

Các nguyên nhân tổn thương tế bào bao gồm stress vật lý (nhiệt độ quá cao/thấp, chấn thương cơ học, bức xạ), stress hóa học (độc tố, thuốc, oxy hoạt tính) và stress sinh học (vi khuẩn, virus, độc tố vi sinh). Thiếu hụt dinh dưỡng hoặc oxy (hypoxia, thiếu glucose) cũng là yếu tố quan trọng làm rối loạn chuyển hóa và ATP.

• Vật lý: đột ngột tăng hoặc giảm nhiệt độ, áp lực cơ học, tia ion hóa ([CDC](https://www.cdc.gov/niosh/topics/radiation/default.html)).
• Hóa học: ethanol, acetaminophen liều cao, các chất oxy hóa như ROS, peroxynitrite.
• Sinh học: toxin của vi khuẩn (botulinum, cholera), virus (HCV, SARS-CoV-2), ký sinh trùng.
• Thiếu hụt: hypoxia do thiếu máu, tắc nghẽn mạch, thiếu vi chất (sắt, vitamin).

Mỗi tác nhân kích hoạt con đường tổn thương đặc hiệu, ví dụ ROS thường gây peroxid hóa lipid màng, trong khi độc tố vi sinh có thể ức chế tổng hợp protein hoặc gây tổn thương ty thể.

Cơ chế sinh học tổn thương

Nhiều con đường sinh học tham gia tổn thương tế bào, trong đó quan trọng nhất là tích lũy ROS gây peroxid hóa lipid màng, rối loạn cân bằng Ca2+ nội bào và giảm tổng hợp ATP. Khi ATP giảm dưới ngưỡng 30% so với bình thường, bơm Na+/K+ ATPase suy giảm, tế bào phù nề và chuyển sang trạng thái thiếu năng lượng trầm trọng.

Rối loạn Ca2+ nội bào kích hoạt các enzyme nội bào như phospholipase (phá hủy màng), protease (thủy phân protein cấu trúc), endonuclease (cắt đứt ADN) và ATPase (tiêu hao năng lượng). Mất tính toàn vẹn ty thể dẫn đến mất màng ngoài ty thể, giải phóng cytochrome c và kích hoạt caspase, khởi động quá trình apoptosis.

• Tích lũy ROS → peroxid hóa lipid màng → mất tính thấm chọn lọc.
• Ca2+ cao nội bào → kích hoạt phospholipase, protease, endonuclease.
• Giảm ATP → suy giảm bơm ion → phù nề và rối loạn chuyển hóa.
• Phá hủy ty thể → giải phóng cytochrome c → kích hoạt caspase → apoptosis.

Các nghiên cứu sinh hóa lâm sàng sử dụng xét nghiệm LDH và AST/ALT để đánh giá mức độ tổn thương tế bào gan và tim ([PubMed](https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22508523/)).

Đặc trưng mô học

Trên kính hiển vi quang học, tế bào tổn thương hồi phục được nhận biết qua phù nề bào tương, không đồng nhất về nhuộm màu, và hiện diện các bóng nước nội bào. Nhân tế bào vẫn còn nguyên vẹn, còn khung lưới nội chất trơn giãn rộng chứa giọt lipid nhỏ khi xảy ra thoái hóa mỡ.

Ở tổn thương không hồi phục, hoại tử đông đặc trưng bởi cấu trúc mô được giữ tương đối nguyên, nhưng nhân tế bào mất (karyolysis) hoặc co lại (pyknosis), đôi khi thấy thể cơ bản (karyorrhexis). Hoại tử nhờn thể hiện mô nhão hóa, hình thành nang mủ chứa bạch cầu trung tính và mảnh vụn tế bào.

Apoptosis và necrosis

Apoptosis là quá trình chết tế bào theo chương trình, trung gian bởi họ enzyme caspase, không kèm phản ứng viêm. Tế bào co nhỏ, cô đặc nhiễm sắc, hình thành bóng apoptotic, sau đó được đại thực bào tán huyết.

Necrosis là chết không kiểm soát, do tổn thương cấp tính nặng, gây vỡ màng, giải phóng nội chất và kích hoạt phản ứng viêm tại chỗ. Hai cơ chế phân biệt được tóm tắt bên dưới:

Phương pháp đánh giá

• Mô học nhuộm H&E: quan sát cấu trúc tế bào, xác định mức độ phù nề và hoại tử (NCBI PMC).
• TUNEL assay: đánh dấu đứt gãy DNA trong apoptosis.
• Định lượng enzyme giải phóng: đo LDH, AST/ALT trong huyết tương để đánh giá tổn thương gan, tim.
• Phát hiện ROS: DCFH-DA, MitoSOX huỳnh quang cho ROS nội bào, EPR spin-trapping cho gốc tự do (PubMed).

Tổn thương tế bào trong bệnh lý

Tổn thương tế bào là cơ chế nền tảng của nhiều bệnh lý nghiêm trọng. Trong nhồi máu cơ tim, thiếu máu cục bộ gây necrosis đông tại vùng cơ tim, làm mất chức năng co bóp. Ở đột quỵ não, hoại tử nhờn gây tan rã nhu mô não, để lại khoang trống và tế bào viêm.

Trong các bệnh mạn tính như viêm gan do virus hoặc steatohepatitis, tổn thương hồi phục và thoái hóa mỡ tế bào Kupffer và hepatocyte dần dần chuyển sang xơ gan. Tổn thương thận mạn qua apoptosis ống thận và xơ hóa kẽ góp phần suy giảm chức năng lọc (PubMed 2017).

Ứng dụng lâm sàng

Phân tích mô học và xét nghiệm enzyme hỗ trợ chẩn đoán và theo dõi tiến triển bệnh. Trong nhồi máu cơ tim, đo troponin I/T giúp đánh giá tổn thương tế bào cơ tim sớm và định lượng mức độ tổn thương (PMC).

Trong điều trị, sử dụng chất chống oxy hóa (N-acetylcysteine, vitamin E) bảo vệ tế bào gan khỏi độc tính do thuốc, và thuốc ức chế caspase (emricasan) đang thử nghiệm để giảm apoptosis trong xơ gan và bệnh thận mạn (PubMed 2018).

Biện pháp bảo vệ và phục hồi

• Chống oxy hóa: bổ sung GSH, vitamin C/E, NAC để trung hòa ROS và ngăn peroxid hóa lipid.
• Kích hoạt NRF2: sử dụng sulforaphane, bardoxolone methyl để tăng tổng hợp enzyme giải độc như HO-1, NQO1 (NCBI PMC).
• Liệu pháp tế bào gốc: mesenchymal stem cell tiết exosome chứa yếu tố tăng trưởng hỗ trợ tái tạo mô tổn thương.
• Liệu pháp gene: vectơ AAV truyền gen chống apoptotic (Bcl-2) vào tế bào tim sau nhồi máu.

Tài liệu tham khảo

• Robbins SL, Kumar V. Robbins and Cotran Pathologic Basis of Disease. 10th ed., Elsevier, 2020.
• Elmore S. “Apoptosis: a review of programmed cell death.” Toxicol Pathol. 2007;35(4):495–516.
• Gutteridge JM. “Lipid peroxidation and antioxidants as biomarkers of tissue damage.” Clin Chem. 1995;41(12):1819–1828.
• NCBI PMC. “Assessing cell injury via histology and assays.” PMC.
• PubMed. “Reactive oxygen species detection methods.” pubmed.ncbi.nlm.nih.gov.
• PubMed. “Cell death markers in liver and kidney disease.” pubmed.ncbi.nlm.nih.gov.
• PubMed. “Caspase inhibitors in liver fibrosis.” pubmed.ncbi.nlm.nih.gov.